NumPyで複雑なデータ形式を扱う:pandasとh5py
NumPyの入出力:データの読み書きをマスターしよう!
データの読み込み
NumPyでは、さまざまな形式のデータを読み込むことができます。代表的なものは以下の通りです。
- CSVファイル:
np.loadtxt()
、np.genfromtxt()
- NumPy配列ファイル:
np.load()
- 画像ファイル:
matplotlib.pyplot.imread()
これらの関数は、ファイルパスを指定してデータを読み込み、NumPy配列として返します。
例:CSVファイルを読み込む
import numpy as np
# ファイルパスを指定
data_path = "data.csv"
# データを読み込み
data = np.loadtxt(data_path, delimiter=",")
# データを確認
print(data)
例:NumPy配列ファイルを読み込む
import numpy as np
# ファイルパスを指定
data_path = "data.npy"
# データを読み込み
data = np.load(data_path)
# データを確認
print(data)
例:画像ファイルを読み込む
import matplotlib.pyplot as plt
# ファイルパスを指定
image_path = "image.png"
# 画像を読み込み
image = plt.imread(image_path)
# 画像を表示
plt.imshow(image)
plt.show()
データの書き込み
NumPyでは、データをさまざまな形式で書き出すことができます。代表的なものは以下の通りです。
- CSVファイル:
np.savetxt()
- NumPy配列ファイル:
np.save()
- 画像ファイル:
matplotlib.pyplot.imsave()
これらの関数は、NumPy配列とファイルパスを渡すと、データを指定された形式で書き出します。
例:データをCSVファイルに書き出す
import numpy as np
# データを生成
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパスを指定
data_path = "data.csv"
# データを書き出す
np.savetxt(data_path, data, delimiter=",")
例:データをNumPy配列ファイルに書き出す
import numpy as np
# データを生成
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパスを指定
data_path = "data.npy"
# データを書き出す
np.save(data_path, data)
例:データを画像ファイルに書き出す
import matplotlib.pyplot as plt
# データを生成
image = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパスを指定
image_path = "image.png"
# データを書き出す
plt.imsave(image_path, image)
オプション
これらの関数には、さまざまなオプションがあります。詳細はNumPyの公式ドキュメントを参照してください。
まとめ
NumPyの入出力は、データ分析や機械学習など、さまざまなタスクで必要となる重要な機能です。今回紹介した方法を参考に、NumPyの入出力をマスターして、データ処理を効率化
NumPy 入出力 サンプルコード
CSVファイル
import numpy as np
# ファイルパス
data_path = "data.csv"
# 区切り文字
delimiter = ","
# データの読み込み
data = np.loadtxt(data_path, delimiter=delimiter)
# データの確認
print(data)
書き込み
import numpy as np
# データ
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパス
data_path = "data.csv"
# 区切り文字
delimiter = ","
# データの書き込み
np.savetxt(data_path, data, delimiter=delimiter)
NumPy配列ファイル
読み込み
import numpy as np
# ファイルパス
data_path = "data.npy"
# データの読み込み
data = np.load(data_path)
# データの確認
print(data)
書き込み
import numpy as np
# データ
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパス
data_path = "data.npy"
# データの書き込み
np.save(data_path, data)
画像ファイル
読み込み
import matplotlib.pyplot as plt
# ファイルパス
image_path = "image.png"
# 画像の読み込み
image = plt.imread(image_path)
# 画像の確認
plt.imshow(image)
plt.show()
書き込み
import matplotlib.pyplot as plt
# データ
image = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパス
image_path = "image.png"
# 画像の書き込み
plt.imsave(image_path, image)
- 複数のファイルを読み込む
- 特定の列だけを読み込む
- データをフォーマットして書き込む
- ヘッダー付きのCSVファイルを読み書きする
これらのサンプルコードを参考に、さまざまなデータ形式を読み書きしてみてください。
NumPy 入出力:その他の方法
np.genfromtxt()
は、CSVファイルだけでなく、さまざまな区切り文字で区切られたテキストファイルを読み込むことができます。
例:タブ区切りのテキストファイルを読み込む
import numpy as np
# ファイルパス
data_path = "data.txt"
# 区切り文字
delimiter = "\t"
# データの読み込み
data = np.genfromtxt(data_path, delimiter=delimiter)
# データの確認
print(data)
np.fromfile()
は、バイナリファイルを読み込み、NumPy配列に変換することができます。
例:バイナリファイルを読み込む
import numpy as np
# ファイルパス
data_path = "data.bin"
# データ型
dtype = np.int32
# データの読み込み
data = np.fromfile(data_path, dtype=dtype)
# データの確認
print(data)
np.savetxt()
は、CSVファイルだけでなく、さまざまなフォーマットでデータを書き出すことができます。
例:データをFortran形式で書き出す
import numpy as np
# データ
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパス
data_path = "data.txt"
# フォーマット
fmt = "%.2f"
# データの書き込み
np.savetxt(data_path, data, fmt=fmt)
pickle
モジュールは、Pythonオブジェクトをシリアル化し、ファイルに保存することができます。NumPy配列もPythonオブジェクトなので、pickle
を使って保存することができます。
例:データをpickleで保存する
import numpy as np
import pickle
# データ
data = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6]])
# ファイルパス
data_path = "data.pkl"
# データの保存
with open(data_path, "wb") as f:
pickle.dump(data, f)
# データの読み込み
with open(data_path, "rb") as f:
data = pickle.load(f)
# データの確認
print(data)
その他のライブラリ
NumPy以外にも、データの入出力に特化したライブラリがあります。代表的なものは以下の通りです。
- pandas: データフレームを使ったデータ分析に特化したライブラリ
- h5py: HDF5ファイル形式を使ったデータの入出力に特化したライブラリ
これらのライブラリを使うと、より複雑なデータ形式を扱ったり、より効率的にデータを読み書きすることができます。
NumPyには、さまざまなデータ形式を読み書きするための関数があります。今回紹介した方法を参考に、目的に合った方法を選択してください。
NumPy Array Creation Routinesにおけるnumpy.diagflat() 解説
NumPyのnumpy. diagflat()関数は、1次元配列を対角線要素とする2次元配列を作成します。これは、対角行列の作成や、特定のオフセットを持つ対角線要素を持つ配列の作成など、さまざまな場面で役立ちます。引数v:1次元配列またはスカラ値。対角線要素として使用されます。
NumPy の empty() とは?
上記コードでは、3行2列の空の配列 array が作成されます。array の内容は初期化されていないため、ランダムな値が表示されます。numpy. empty() には、以下のオプション引数が用意されています。dtype: 配列のデータ型を指定します。デフォルトは float64 です。
NumPy.tri() 関数を使ったその他の方法
numpy. tri()関数は以下の4つのパラメータを受け取ります。N: 作成する配列の行数M: 作成する配列の列数 (省略可。デフォルトはNと同じ)k: 対角線の位置 (デフォルトは0。0の場合は主対角線、負の場合は主対角線より下、正の場合は主対角線より上)
dsplit() 関数:NumPyにおける3次元配列の深度方向分割
以下の例では、dsplit() 関数を使用して、3次元配列を3つの1次元配列に分割しています。この例では、a という3次元配列が作成され、dsplit() 関数を使用して3つの1次元配列 b[0], b[1], b[2] に分割されています。各分割された配列は、元の配列の深度方向(3番目の軸)に対応する1次元配列になっています。
まとめ: numpy.copyto() 関数をマスターして、NumPyプログラミングをレベルアップ!
要素コピー: numpy. copyto()は、ソース配列の要素を、指定された宛先配列にコピーします。データ型変換: オプションでcasting引数を指定することで、データ型変換を制御できます。'no'、'equiv'、'safe'、'same_kind'の選択肢があり、それぞれ変換の許容範囲を段階的に制限します。
NumPy chararray.islower():文字列が小文字かどうかを判定
概要引数:文字列型配列戻り値:各文字列がすべて小文字なら True、そうでなければ False を格納した配列詳細空白文字は小文字とみなされます。大文字、数字、記号を含む文字列は False となります。配列内の各要素は個別に判定されます。
distutils.ccompiler_opt.new_ccompiler_opt() のサンプルコード
この関数は、NumPy のインストール時に C コンパイラに渡されるオプションを指定するために使用されます。 これらのオプションは、NumPy のビルドプロセスをカスタマイズしたり、特定のプラットフォームやコンパイラに合わせたりするために使用されます。
char *data を使用しない方法
char *data を取得するには、以下の方法があります。PyArray_GetPtr関数この関数は、NumPy配列 array のデータバッファへのポインタを返します。NULL を第二引数に渡すと、配列の最初の要素へのポインタが返されます。
まとめ: numpy.copyto() 関数をマスターして、NumPyプログラミングをレベルアップ!
要素コピー: numpy. copyto()は、ソース配列の要素を、指定された宛先配列にコピーします。データ型変換: オプションでcasting引数を指定することで、データ型変換を制御できます。'no'、'equiv'、'safe'、'same_kind'の選択肢があり、それぞれ変換の許容範囲を段階的に制限します。
Laguerre多項式:NumPyを使って量子力学と統計学を解き明かす
Laguerre多項式は、以下の式で定義される特殊関数です。Laguerre多項式は、量子力学や統計学など様々な分野で应用されています。lagone関数は、Laguerre多項式の根を計算します。この関数は、以下の引数を取ります。n: Laguerre多項式の次数